C#多線程：深入了解線程同步lock,Monitor,Mutex,同步事件和等待句柄（中）

本篇繼續介紹WaitHandler類及其子類 Mutex，ManualResetEvent，AutoResetEvent的用法。.NET中線程同步的方式多的讓人看了眼花繚亂，究竟該怎么去理解呢？其實，我們拋開.NET環境看線程同步，無非是執行兩種操作：一是互斥/加鎖，目的是保證臨界區代碼操作的“原子性”；另一種是信號燈操作，目的是保證多個線程按照一定順序執行，如生產者線程要先於消費者線程執行。.NET中線程同步的類無非是對這兩種方式的封裝，目的歸根結底都可以歸結為實現互斥/ 加鎖或者是信號燈這兩種方式，只是它們的適用場合有所不。下面我們根據類的層次結構了解WaitHandler及其子類。 
      1.WaitHandler 

      WaitHandle是Mutex，Semaphore，EventWaitHandler，AutoResetEvent，ManualResetEvent共同的祖先，它封裝Win32同步句柄內核對象，也就是說是這些內核對象的托管版本。 

      線程可以通過調用WaitHandler實例的方法WaitOne在單個等待句柄上阻止。此外，WaitHandler類重載了靜態方法，以等待所有指定的等待句柄都已收集到信號WaitAll，或者等待某一指定的等待句柄收集到信號WaitAny。這些方法都提供了放棄等待的超時間隔、在進入等待之前退出同步上下文的機會，並允許其它線程使用同步上下文。WaitHandler是C#中的抽象類，不能實例化。 

      2.EventWaitHandler vs. ManualResetEvent vs. AutoResetEvent（同步事件） 

      我們先看看兩個子類ManualResetEvent和AutoResetEvent在.NET Framework中的實現： 

//.NET Framework中ManualResetEvent類的實現
    [ComVisible(true), HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization = true, ExternalThreading = true)]
    public sealed class ManualResetEvent : EventWaitHandle
    {
        // Methods
        public ManualResetEvent(bool initialState) : base(initialState, EventResetMode.ManualReset)
        {
        }
    }

    //.NET Framework中AutoResetEvent類的實現
    [ComVisible(true), HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization = true, ExternalThreading = true)]
    public sealed class AutoResetEvent : EventWaitHandle
    {
        // Methods
        public AutoResetEvent(bool initialState)
            : base(initialState, EventResetMode.AutoReset)
        {
        }
    }

  原來ManualResetEvent和AutoResetEvent都繼承自EventWaitHandler，它們的唯一區別就在於父類 EventWaitHandler的構造函數參數EventResetMode不同，這樣我們只要弄清了參數EventResetMode值不同時，EventWaitHandler類控制線程同步的行為有什么不同，兩個子類也就清楚了。為了便於描述，我們不去介紹父類的兩種模式，而直接介紹子類。 

      ManualResetEvent和AutoResetEvent的共同點： 
      1）Set方法將事件狀態設置為終止狀態，允許一個或多個等待線程繼續；Reset方法將事件狀態設置為非終止狀態，導致線程阻止；WaitOne阻止當前線程，直到當前線程的WaitHandler收到事件信號。 
      2）可以通過構造函數的參數值來決定其初始狀態，若為true則事件為終止狀態從而使線程為非阻塞狀態，為false則線程為阻塞狀態。 
      3）如果某個線程調用WaitOne方法，則當事件狀態為終止狀態時，該線程會得到信號，繼續向下執行。 

      ManualResetEvent和AutoResetEvent的不同點： 
      1）AutoResetEvent.WaitOne()每次只允許一個線程進入，當某個線程得到信號后，AutoResetEvent會自動又將信號置為不發送狀態，則其他調用WaitOne的線程只有繼續等待，也就是說AutoResetEvent一次只喚醒一個線程； 
      2）ManualResetEvent則可以喚醒多個線程，因為當某個線程調用了ManualResetEvent.Set()方法后，其他調用WaitOne的線程獲得信號得以繼續執行，而ManualResetEvent不會自動將信號置為不發送。 
      3）也就是說，除非手工調用了ManualResetEvent.Reset()方法，則ManualResetEvent將一直保持有信號狀態，ManualResetEvent也就可以同時喚醒多個線程繼續執行。 

      示例場景：張三、李四兩個好朋友去餐館吃飯，兩個人點了一份宮爆雞丁，宮爆雞丁做好需要一段時間，張三、李四不願傻等，都專心致志的玩起了手機游戲，心想宮爆雞丁做好了，服務員肯定會叫我們的。服務員上菜之后，張三李四開始享用美味的飯菜，飯菜吃光了，他們再叫服務員過來買單。我們可以從這個場景中抽象出來三個線程，張三線程、李四線程和服務員線程，他們之間需要同步：服務員上菜—>張三、李四開始享用宮爆雞丁—>吃好后叫服務員過來買單。這個同步用什么呢？ ManualResetEvent還是AutoResetEvent？通過上面的分析不難看出，我們應該用ManualResetEvent進行同步，下面是程序代碼： 

張三李四吃飯的故事 

public class EventWaitTest
    {
        private string name; //顧客姓名
        //private static AutoResetEvent eventWait = new AutoResetEvent(false);
        private static ManualResetEvent eventWait = new ManualResetEvent(false);
        private static ManualResetEvent eventOver = new ManualResetEvent(false);

        public EventWaitTest(string name)
        {
            this.name = name;
        }

        public static void Product()
        {
            Console.WriteLine("服務員：廚師在做菜呢，兩位稍等");
            Thread.Sleep(2000);
            Console.WriteLine("服務員：宮爆雞丁好了");
            eventWait.Set();
            while (true)
            {
                if (eventOver.WaitOne(1000, false))
                {
                    Console.WriteLine("服務員：兩位請買單");
                    eventOver.Reset();
                }
            }
        }

        public void Consume()
        {
            while (true)
            {
                if (eventWait.WaitOne(1000, false))
                {
                    Console.WriteLine(this.name + "：開始吃宮爆雞丁");
                    Thread.Sleep(2000);
                    Console.WriteLine(this.name + "：宮爆雞丁吃光了");
                    eventWait.Reset();
                    eventOver.Set();
                    break;
                }
                else
                {
                    Console.WriteLine(this.name + "：等着上菜無聊先玩會手機游戲");
                }
            }
        }
    }

    public class App
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            EventWaitTest zhangsan = new EventWaitTest("張三");
            EventWaitTest lisi = new EventWaitTest("李四");

            Thread t1 = new Thread(new ThreadStart(zhangsan.Consume));
            Thread t2 = new Thread(new ThreadStart(lisi.Consume));
            Thread t3 = new Thread(new ThreadStart(EventWaitTest.Product));

            t1.Start();
            t2.Start();
            t3.Start();

            Console.Read();
        }
    }

編譯后查看運行結果，符合我們的預期，控制台輸出為： 
      服務員：廚師在做菜呢，兩位稍等... 
      張三：等着上菜無聊先玩會手機游戲 
      李四：等着上菜無聊先玩會手機游戲 
      張三：等着上菜無聊先玩會手機游戲 
      李四：等着上菜無聊先玩會手機游戲 
      服務員：宮爆雞丁好了 
      張三：開始吃宮爆雞丁 
      李四：開始吃宮爆雞丁 
      張三：宮爆雞丁吃光了 
      李四：宮爆雞丁吃光了 
      服務員：兩位請買單 

      如果改用AutoResetEvent進行同步呢？會出現什么樣的結果？恐怕張三和李四就要打起來了，一個享用了美味的宮爆雞丁，另一個到要付賬的時候卻還在玩游戲。感興趣的朋友可以把注釋的那行代碼注釋去掉，並把下面一行代碼注釋掉，運行程序看會出現怎樣的結果。 

       3.Mutex(互斥體） 

       Mutex和EventWaitHandler有着共同的父類WaitHandler類，它們同步的函數用法也差不多，這里不再贅述。Mutex的突出特點是可以跨應用程序域邊界對資源進行獨占訪問，即可以用於同步不同進程中的線程，這種功能當然這是以犧牲更多的系統資源為代價的。 

      這種跨進程同步的一種應用是，限制同一台電腦中同時打開兩個相同的程序。具體實現可以參考《用Mutex或進程限制用戶在一台電腦上同時打開兩個程序》。